康慧敏

（國(guó)能朗新明環(huán)?？萍加邢薰?，北京 100039）

根據(jù)山東某地縣政府和環(huán)保局的要求，山東某污水處理廠提標(biāo)改造工程完成后，出水水質(zhì)由城鎮(zhèn)污水處理廠污染物一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)提高到CODcr≤40mg/L、NH3-N≤2mg/L[1-2]?，F(xiàn)階段山東某污水處理廠進(jìn)水含有大量不易生物降解或生物降解極為緩慢的有機(jī)物質(zhì)，針對(duì)該類難降解廢水深度處理工藝段，物理化學(xué)處理法中的強(qiáng)化混凝處理技術(shù)具有較好的處理效果。強(qiáng)化混凝處理技術(shù)具有處理流程較短、運(yùn)行方式靈活、管理簡(jiǎn)單、與現(xiàn)有工藝銜接靈活等優(yōu)點(diǎn)。為了完成對(duì)山東某污水處理廠地標(biāo)提標(biāo)工作，該文對(duì)深度處理工藝段強(qiáng)化混凝藥劑進(jìn)行試驗(yàn)。

1 山東某污水處理廠深度處理工藝技術(shù)

針對(duì)山東某污水處理廠深度處理工藝段進(jìn)水水質(zhì)變化情況，綜合考慮污泥參數(shù)和污泥量現(xiàn)狀，在原深度處理工藝基礎(chǔ)上，對(duì)前期踏勘和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況做工藝選擇。混凝沉淀工藝是城市污水深度處理常用技術(shù)和方法，混凝沉淀能夠進(jìn)一步去除懸浮物、CODcr及BOD5。就該工程來說，為了達(dá)到COD40 mg/L以下的排放要求，須設(shè)計(jì)混凝沉淀+過濾的深度處理工藝。這就為優(yōu)選混凝劑提出了研究方向。

2 試驗(yàn)水質(zhì)及變化規(guī)律分析

為實(shí)地了解山東某污水處理廠試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的水質(zhì)變化情況、工藝現(xiàn)狀和提標(biāo)改造難點(diǎn)，在2017—2019年不間斷對(duì)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的水質(zhì)和工藝情況進(jìn)行監(jiān)控，并對(duì)山東某污水處理廠的現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行多次踏勘。污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)不宜生化處理，污水污染物處理難度大。重點(diǎn)關(guān)注深度處理各工藝段COD的去除效率，充分考慮原廠工藝特點(diǎn)和構(gòu)筑物占地面積，通過多種技術(shù)方案優(yōu)劣比較，確定一個(gè)經(jīng)濟(jì)高效、切合實(shí)際的改造方案。

2.1 深度處理進(jìn)水水質(zhì)變化情況

該試驗(yàn)山東某污水處理廠原水經(jīng)城東朱劉工業(yè)園區(qū)內(nèi)管網(wǎng)收集，其水質(zhì)情況隨工業(yè)園區(qū)內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)排水規(guī)律變化。污水處理廠原水來源于煤焦油加工、焦化生產(chǎn)、煤氣綜合利用和精細(xì)化工生產(chǎn)等煤化工企業(yè)。由于生活污水管網(wǎng)不配套，無法接入污水處理廠，污水處理廠進(jìn)水中沒有市政生活污水，全部為煤化工工業(yè)廢水。煤化工廢水治理十分困難，常規(guī)生化處理工藝無法正常處理。污水處理廠進(jìn)水含鹽量高，氨氮高，有機(jī)物難降解、毒性大。一級(jí)處理主體工藝為A2O，深度處理工藝段監(jiān)測(cè)的2017年全年二級(jí)出水指標(biāo)有BOD5、CODcr、氨氮、總氮、SS和總磷。

2017年監(jiān)測(cè)進(jìn)水CODCr月平均值從76 mg/L～134 mg/L，24小時(shí)分時(shí)段檢測(cè)的CODCr值可由54 mg/L～292 mg/L，進(jìn)水水質(zhì)變化較大；2017年監(jiān)測(cè)進(jìn)水BOD5月平均值從8.4 mg/L～8.7 mg/L，24小時(shí)分時(shí)段檢測(cè)的BOD5值可由6.5 mg/L～9.8 mg/L。深度處理進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)較大；2017年監(jiān)測(cè)進(jìn)水氨氮月平均值2 mg/L以下，24小時(shí)分時(shí)段檢測(cè)的氨氮值可由0.3mg/L～21.1mg/L。進(jìn)水氨氮的水質(zhì)情況增加了脫氮工藝的負(fù)荷。同時(shí)也對(duì)反硝化反應(yīng)產(chǎn)生沖擊和影響，對(duì)后續(xù)深度處理工藝段去除COD會(huì)產(chǎn)生不利影響；2017年監(jiān)測(cè)進(jìn)水總氮月平均值20 mg/L以下，24小時(shí)分時(shí)段檢測(cè)的總氮值為3.4 mg/L～43.6 mg/L；2017年監(jiān)測(cè)進(jìn)水SS月平均值小于236 mg/L，24小時(shí)分時(shí)段檢測(cè)的SS值平均值小于64 mg/L～288 mg/L，SS的濃度最高值約400 mg/L。2017年監(jiān)測(cè)進(jìn)水總磷月平均值小于1.05 mg/L，24小時(shí)分時(shí)段檢測(cè)的TP值可由0.03 mg/L～1.28 mg/L。2017年監(jiān)測(cè)進(jìn)水pH月平均值約為8，水質(zhì)變化趨勢(shì)略有波動(dòng)。進(jìn)水pH的監(jiān)控有很重要的作用，深度處理階段投加化學(xué)藥劑，研究人員需要監(jiān)控隨酸堿度變化水中有機(jī)污染物濃度的去除變化趨勢(shì)，從而判定絮凝沉淀試驗(yàn)的穩(wěn)定性。

2.2 水質(zhì)分析

山東某污水處理廠采用A2O為主的處理工藝。針對(duì)出水水質(zhì)要求在本次升級(jí)改造中需要重點(diǎn)提高對(duì)COD及NH3-N的去除效果。

分析山東某進(jìn)水水質(zhì)，BOD5=48mg/L、CODCr=245mg/L，BOD5/CODCr=0.20，屬于不宜生化處理，污水類型處理難度大，因此該工程必須采用提高污水可生化性的生物處理工藝，保留現(xiàn)有水解酸化池，同時(shí)可以調(diào)節(jié)水質(zhì)和水量，避免對(duì)生化池的沖擊。該工程設(shè)計(jì)進(jìn)水TP為5mg/L，出水含磷量≤0.5 mg/L，磷的去除率要求達(dá)到90%以上，僅憑生物除磷不能穩(wěn)定達(dá)到出水標(biāo)準(zhǔn)，需要輔助化學(xué)除磷才能達(dá)到要求。針對(duì)山東某污水處理廠水質(zhì)情況，充分考慮現(xiàn)場(chǎng)工藝現(xiàn)狀和問題難點(diǎn)，決定進(jìn)行絮凝劑試驗(yàn)性能分析試驗(yàn)并使用優(yōu)化臭氧投加系統(tǒng)，探索化學(xué)法對(duì)化工廢水中的有機(jī)物COD進(jìn)行深度處理的的去除效果，從而達(dá)到地標(biāo)提標(biāo)改造的要求。

3 深度處理絮凝劑試驗(yàn)室燒杯試驗(yàn)

對(duì)該公司外購的聚合氯化鋁、M180混凝劑、聚硅酸硫酸鐵和聚丙烯酰胺藥劑進(jìn)行小試試驗(yàn)，對(duì)比試驗(yàn)投加不同絮凝劑的有機(jī)污染物COD去除率。投加這些絮凝劑的試驗(yàn)進(jìn)行地點(diǎn)為正在進(jìn)行升級(jí)改造的山東某污水處理廠廠內(nèi)水質(zhì)分析化驗(yàn)室。

試驗(yàn)步驟：取6個(gè)1000 mL的大燒杯，分別加入試驗(yàn)污水處理廠絮凝沉淀池出水1000 mL，1號(hào)為原水，2號(hào)～5號(hào)用移液管精確投加定容后的，加入聚合氯化鋁、M180混凝劑、聚硅酸硫酸鐵和聚丙烯酰胺等4種絮凝劑2mL。在六聯(lián)攪拌器上均勻攪拌后，靜止放置1小時(shí)。分別取1號(hào)～6號(hào)水樣，測(cè)定COD濃度。并與投加藥劑前的原水1號(hào)水樣，做去除率比對(duì)。

根據(jù)小試結(jié)果可知，聚合氯化鋁、M180混凝劑、聚硅酸硫酸鐵和聚丙烯酰胺等4種絮凝劑絮凝劑小試藥劑的去除率都能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，1mg固體藥劑去除的COD質(zhì)量可達(dá)0.20mg以上，出水均可以達(dá)到污水處理廠出水標(biāo)準(zhǔn)。

4 深度處理絮凝劑現(xiàn)場(chǎng)投加中試試驗(yàn)

根據(jù)山東某污水處理廠提標(biāo)改造的要求，深度處理工藝段為新增強(qiáng)化混凝+原連續(xù)流砂濾池。對(duì)聚合氯化鋁等絮凝劑進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)投加性能測(cè)試試驗(yàn)，在深度處理進(jìn)水COD值偏低、偏高及正常的情況下，取相同時(shí)間段污水，分3個(gè)批次進(jìn)行藥劑投加效果試驗(yàn)，研究深度混凝和過濾對(duì)COD去除的效果。通過初步篩選，現(xiàn)選用聚合氯化鋁、M180混凝劑聚硅酸硫酸鐵和聚丙烯酰胺藥劑等4種絮凝劑分3個(gè)批次進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)二沉池和絮凝沉淀池出水均值進(jìn)行投加試驗(yàn)，從現(xiàn)場(chǎng)投加試驗(yàn)結(jié)果可以得出以下6點(diǎn)：1）聚合氯化鋁、M180混凝劑、聚硅酸硫酸鐵和聚丙烯酰胺藥劑等4種絮凝劑均有較好的絮凝效果，通過絮凝過濾后COD得到進(jìn)一步去除。水質(zhì)偏高時(shí)由于SS高，絮凝效果好，絮凝過濾后能達(dá)到去除效果。2）采用同一水樣投加相同劑量的聚合氯化鋁、M180混凝劑、聚硅酸硫酸鐵和聚丙烯酰胺藥劑等4種絮凝劑去除效果相差不大。3）當(dāng)絮凝劑投加劑量為1mL時(shí)，COD均值基本保持在52mg/L左右，當(dāng)絮凝劑投加量為1.5mL時(shí)，COD均值基本保持在50mg/L左右，當(dāng)絮凝劑投加量為2.0mL時(shí)，COD均值基本都在49mg/L。因選取的二沉池出水和絮凝沉淀池出水水質(zhì)不一樣，且二沉池僅依靠絮凝沉淀進(jìn)行去除，而絮凝沉淀池后原有連續(xù)流砂濾池可以對(duì)投加絮凝劑后的混合液進(jìn)行過濾，所以絮凝沉淀池出水投加效果優(yōu)于二沉池。4）與前段混凝沉淀的區(qū)別在于，絮凝沉淀池出水通過強(qiáng)化混凝后，連續(xù)流砂濾池可以去除細(xì)小顆粒，使出水濁度大大降低。5）深度處理工藝強(qiáng)化混凝后有連續(xù)流砂濾池，投加絮凝劑后經(jīng)連續(xù)流砂濾池過濾，可以到強(qiáng)化混凝效果，投加位置選擇為絮凝沉淀池出水后。當(dāng)藥劑投加量控制為1.5 mL/L～2.0 mL/L（折合到水中為75 mg/L～100 mg/L）時(shí)，現(xiàn)狀條件下能滿足出水COD去除率要求。6）深度處理工藝混凝沉淀池COD去除率40%，強(qiáng)化混凝和連續(xù)流砂濾池COD去除率25%，臭氧氧化池及炭池和消毒COD去除率30%，深度處理各工藝段串聯(lián)后COD去除率可達(dá)69%。

5 絮凝劑投加影響因素研究

藥劑投加現(xiàn)場(chǎng)的進(jìn)水均為工業(yè)廢水且水質(zhì)波動(dòng)大，廢水處理在投加化學(xué)藥劑時(shí)受到溫度、pH值和時(shí)效等方面的影響，往往使用的藥劑達(dá)不到對(duì)水中污染物的去除效果，所以在實(shí)際的工作中，為了保證絮凝劑投加能夠使出水穩(wěn)定達(dá)到設(shè)計(jì)要求，對(duì)其在不同的水溫和pH值條件下的投加效果進(jìn)行測(cè)試和分析。

5.1 水溫對(duì)COD去除率的影響

聚合氯化鋁、M180混凝劑、聚硅酸硫酸鐵和聚丙烯酰胺藥劑等4種絮凝劑現(xiàn)場(chǎng)投加進(jìn)行測(cè)試，藥劑投加量取1.5 mL/L，測(cè)試水樣為絮凝沉淀池出水，對(duì)不同水溫條件下的COD值變化情況如圖1所示。

圖1 不同水溫條件下COD變化值

從圖1中可以看出，藥劑投加效果在水溫的變化時(shí)COD去除效果穩(wěn)定變化。聚合氯化鋁、M180混凝劑、聚硅酸硫酸鐵和聚丙烯酰胺藥劑等4種絮凝劑隨溫度的升高去除效果均較穩(wěn)定。其中M180混凝劑穩(wěn)定性略優(yōu)于聚合氯化鋁、聚硅酸硫酸鐵和聚丙稀銑胺。

5.2 pH對(duì)COD去除率的影響

取聚合氯化鋁、M180混凝劑、聚硅酸硫酸鐵和聚丙烯酰胺藥劑等4種絮凝劑現(xiàn)場(chǎng)投加進(jìn)行測(cè)試，藥劑投加量取1.5mL/L，測(cè)試水樣為絮凝沉淀池出水，對(duì)不同pH條件下的COD值變化情況如圖2所示。

從圖2可以看出，藥劑投加效果在pH的變化時(shí)COD去除效果穩(wěn)定變化。聚合氯化鋁、M180混凝劑、聚硅酸硫酸鐵和聚丙烯酰胺藥劑在酸性條件下去除效果均較穩(wěn)定。酸堿度變化下M180混凝劑穩(wěn)定性略優(yōu)于聚合氯化鋁、聚硅酸硫酸鐵和聚丙稀銑胺。

圖2 不同pH條件下COD變化值

6 絮凝劑投加量與去除率性能評(píng)價(jià)

6.1 二沉池出水投加量與去除率性能

在水廠運(yùn)行正常的時(shí)段，檢測(cè)藥劑投加去除效率。取相同日期的水樣投加藥劑進(jìn)行試驗(yàn)，水樣均選用二沉池出水。其中，聚合氯化鋁、M180混凝劑、聚硅酸硫酸鐵和聚丙烯酰胺藥劑等4種絮凝劑配藥濃度均20為5%，投加量均分別為1.0mL、1.5mL和2.0mL，加入藥劑后攪拌5min左右，反應(yīng)沉淀1小時(shí)后過濾取上清液測(cè)COD，去除效率結(jié)果如圖3所示。

圖3 二沉池出水投加藥劑后COD的去除效率變化圖

當(dāng)藥劑投加量控制為1.5mL/L～2.0mL/L（折合到水中為75mg/L～100 mg/L）時(shí)，現(xiàn)狀條件下能滿足出水COD去除率要求。M180混凝劑去除率略優(yōu)于聚合氯化鋁、聚硅酸硫酸鐵和聚丙稀銑胺。

6.2 絮凝沉淀池出水投加量與去除率性能

如圖4所示，在水廠運(yùn)行正常的時(shí)段，檢測(cè)藥劑投加去除效率。取相同日期的水樣投加藥劑進(jìn)行試驗(yàn)，水樣均選用絮凝池出水。其中，聚合氯化鋁、M180混凝劑、聚硅酸硫酸鐵和聚丙烯酰胺藥劑等4種絮凝劑配藥濃度均為5%，投加量均分別為1.0mL、1.5mL和2.0mL，加入藥劑后攪拌5min左右，過濾取上清液測(cè)COD，去除效率結(jié)果如下：投加絮凝劑后，M180混凝劑藥劑COD去除效果比較明顯，在出水COD偏低時(shí)，藥劑投加量1.0mL/L即可滿足達(dá)標(biāo)的要求；在出水COD正常及稍偏高時(shí)，藥劑投加量1.5mL/L～2.0mL/L可滿足達(dá)標(biāo)的要求。

圖4 絮凝池出水投加藥劑后COD的去除效率變化圖

綜上所述，當(dāng)藥劑投加量控制為1.5mL/L～2.0mL/L（折合到水中為75mg/L～100mg/L）時(shí)，現(xiàn)狀條件下能滿足出水COD控制在50mg/L以下的要求。M180混凝劑去除率略優(yōu)于聚合氯化鋁、聚硅酸硫酸鐵和聚丙稀銑胺。

6.3 絮凝劑產(chǎn)泥量變化分析

取絮凝沉淀池投加點(diǎn)，在水廠運(yùn)行正常的時(shí)段，檢測(cè)聚合氯化鋁、M180混凝劑、聚硅酸硫酸鐵和聚丙烯酰胺等4種絮凝劑投加后的剩余污泥量。取穩(wěn)定水質(zhì)的不相同日期的水樣投加藥劑進(jìn)行試驗(yàn)，投加點(diǎn)均選用絮凝池出水。其中，4種藥劑配藥濃度均為5%，投加量均為25kg，加入藥劑后日產(chǎn)泥量由于M180混凝劑運(yùn)用復(fù)合材料和沸石吸附對(duì)水中有機(jī)污染物進(jìn)行分解，絮凝和吸附作用為輔，所以產(chǎn)泥量最少，聚丙烯酰胺產(chǎn)泥量最多，其他混凝藥劑產(chǎn)泥量基本差別不大。

7 結(jié)論

該文研究了山東某污水處理廠提標(biāo)改造COD深度處理工藝中，涉及的混凝沉淀技術(shù)得出以下結(jié)論：對(duì)聚合氯化鋁、M180混凝劑、聚硅酸硫酸鐵和聚丙烯酰胺等4種絮凝劑進(jìn)行小試和中試性能試驗(yàn)。結(jié)果顯示當(dāng)藥劑投加量控制為75mg/L～100mg/L時(shí)，強(qiáng)化混凝+連續(xù)流砂濾池組合工藝出水滿足COD去除率25%的技術(shù)要求?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)的深度處理工藝的在線監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，強(qiáng)化混凝+臭氧氧化+后置活性炭過濾工藝可以滿足現(xiàn)場(chǎng)排放水COD深度達(dá)標(biāo)要求，并且能夠保證出水指標(biāo)穩(wěn)定。